刘博洋拍出最高清中国空间站特写影像,成国内第一人

2024-06-21
来源:网络整理

那一刻,刘博阳意识到,自己拍摄到了中国空间站建设中一个可能永远不会再出现的独特结构。

今年4月,32岁的天体物理学博士刘博阳成为微博热议话题。

依托自主研发的光学跟踪技术,刘博阳成功拍摄到迄今为止中国空间站最高分辨率的近距离图像,成为中国利用该技术拍摄中国空间站高清图像第一人。

镜头中,中国空间站两侧太阳能电池板舒展,银色轮廓缓缓转动,堆叠起来形成如网状般的纹理。图片一经发布,便被新华社等数十家主流媒体争相报道。航天博主@云上天镜指出:“这可能是近期从地面拍摄到的中国空间站最高清图片。”

对于中国天文爱好者来说,这幅图像有着特殊的意义。此前,国外天文大师在人造天体的跟踪精度方面所取得的成就,是国内大部分天文爱好者无法企及的。一些人曾多次尝试,但都以失败告终。“我拍过很多次凌日现象,也尝试用C11(口径11英寸即27厘米的天文望远镜)观望,但都以失败告终。”

刘博洋拍摄的图像打破了这一历史,有人转发他发的推文庆祝,“(刘博洋)开启了人工天体跟踪摄影时代。”

这段视频也成为中国空间站关键历史时刻的难得记录。4月19日,刘博阳首次拍摄中国空间站照片时,天舟三号正处于天和舱后对接口。两天后,当他再次拍摄照片时,天舟三号已经绕行至前方对接口。那一刻,刘博阳意识到,自己捕捉到了中国空间站建设中一个可能不会再出现的独特构型。

此后,空间站建设的每一个变化,都可能成为下一个独特的瞬间。刘博阳有一个明确的目标,“我要全程跟随中国空间站的建设,记录下中国空间站逐渐成长、最终成为完整体的完整过程。”

他要成为用自己的双手记录历史的人。

2022年3月中旬,一场降雪,冻结了北京初春的气息。

桂桂无暇欣赏窗外的雪花,整个三月,她和刘博阳、王卓晓三个多年好友组成“铁三角”,跟随中国空间站,通宵达旦地工作。三月底,三个人的小圈子里问候的语气变成了“博阳还活着吗?”

这是刘博阳尝试拍摄和跟踪中国空间站的第五天,他距离“10天之内拍摄中国空间站”的目标已经走了一半。前几天,“按照空间站轨道参数拍摄”的方法失败了,刘博阳又重新用代码重新开始,一切又回到了原点。

刘博阳早就有拍摄空间站的想法,在他之前,国外天文爱好者就利用自己的“自制方法”成功拍摄了国际空间站的高清图像,在国内,至今无人在该领域取得突破。

一开始,刘博阳想到了手动跟踪,但人的肌肉会颤动,可能会造成画面不稳定、跟踪延迟,从而错过空间站部分运动过程。后来,他想到把手动改成自动,至少代码不会颤动。

去年,刘博阳在硅谷找到了一位华人程序员开发的追踪软件,却被告知“程序已经停止更新”。 随后,他发现有些软件要么一打开就崩溃,要么软件无法匹配摄像头,控制望远镜和摄像头旋转追踪的游戏控制器也无法与软件匹配。

今年3月,刘博阳听说国内有厂商在开发跟踪空间站的软件。但当得知这个软件可能要花费几万元时,刘博阳放弃了使用别人软件的想法,决定自己写代码。

4月16日,随着神舟十三号完成任务返回地球,中国空间站结束关键技术验证阶段,正式进入建造阶段。

今后,中国空间站每个月、甚至每一天,都可能不一样。5月份,它将迎来天舟四号货运飞船;6月份,它将迎来神舟十四号载人飞船;今年下半年,它将迎来问天、梦天两大实验舱;年底,天舟五号、神舟十五号也将成为中国空间站的新客人。到那时,中国空间站将长成一个完整的躯体。

刘博阳要完整记录下空间站逐步建设、成长的过程,意味着他必须在5月10日之前完成空间站技术拍摄之战。

“所以我连夜修改代码,跟时间赛跑。”刘博阳说。

3月18日,正式启动自主编程的第一天,刘博阳用游戏手柄控制搭载望远镜的赤道仪转动速度;第二天,他根据轨道参数计算出望远镜的走向,成功实现粗跟踪,随后用游戏手柄手动对望远镜进行微调。

第三天,他到北京某地面停车场进行了第一次尝试,但以失败告终。回顾当时的情况,刘博阳猜出了原因,“轨迹信息肯定会有误差,如果盲目地这样跟着走,误差就会越积越多,所以这肯定不是正确的解决办法。”

天文试验场

来不及后悔,他的脑海里迅速形成了另一个想法:既然空间站不按照我计算的轨迹飞行,那它去哪儿我就跟哪儿。“光学识别跟踪”拍摄方法由此而来:通过自动控制程序,跟踪装置自动识别空间站,然后对其进行捕获、跟踪、拍摄。

但空间站的移动速度比想象中快得多。在过天时,空间站大约需要5分钟才能穿过整个天空,开始和结束较慢,“头顶”最快。“中国空间站过天时最高速度可达每秒1.2度。如果望远镜静止不动,空间站会在不到半秒的时间内滑过。”

一个“笨拙”的赤道仪如何跟上像流星一样高速运转的人造天体?没有人告诉刘博阳答案。

“它确实追上了,但软件在凌日前三分钟崩溃了,破坏了校准,所以主镜可能什么都没拍到……” 图片由受访者供图

那段时间,刘博阳每天都通宵工作。深夜是最安静的时间,没有任何干扰,适合思考。早上五六点,他睡几个小时,中午吃几口饭,下午继续工作,直到第二天早上。

3月23日,当中国空间站再次掠过时,刘博阳满怀信心地再次尝试拍摄,但再次失败。“这次失败的原因是,我刚租了一台新相机,相机来不及和望远镜练习,调试时间很紧,我明明追上了空间站,但就是对焦不了。”刘博阳说。

三天后,3月27日,在第三次试验中,寻星镜未能找到目标,“后续”尝试失败;

3月31日,“跟随”成功,但望远镜未按照程序运行,“捕获”失败;

4月2日,“跟踪”和“捕获”均成功,但望远镜与寻星仪“断开连接”,再次出现故障……

4月3日国际空间站跟踪表演,高精度稳定跟踪持续2分钟。图片由受访者提供

前五次尝试全部失败,刘博阳记不清走了多少弯路,好在通过反复尝试,总结、修正、完善算法,他的寻星镜、赤道仪、照相机、望远镜变得越来越听话。

一次,他在审阅跟踪程序时,看到有网友在评论区留言“你用的是PID吧?”他搜索了一下,发现所谓的“PID”是自动控制领域的经典控制理论,由于缺乏工科背景,他从未听说过。同时,他惊喜地发现,经过十多天的思考,自己的程序用的是“PID”的思路,也就是自己无意中“重新发明了轮子”。刘博阳笑道:“事实证明,人家的经典理论确实很有道理,我发明的轮子虽然能用,但方方正正,很不稳。”第六次尝试时,刘博阳终于拍到了国际空间站的第一张照片,他开始向下一个目标——中国空间站迈进。

“我们一直在计算时间,在全国各地寻找中国空间站的中转站。还要考虑天气,如果天气不好,即使空间站中转,我们也无法拍摄。只有在没有云或雾的情况​​下,我们才能获得好的拍摄效果。”桂桂说。

中国空间站的运行轨迹为长条形,拍摄位置要尽量靠近,否则画面不清晰。中转站要交通便利,最好距离空间站或机场四小时车程以内。“如果附近有酒店可以休息就更好了,如果没有,我们可以开车连夜回去,或者在车里睡一觉。”

拍摄的设备装满了8个行李箱,重量近200公斤。

4月19日,中国空间站飞越河北山东界线。晴朗的夜空对刘博阳来说,仿佛是大自然的馈赠。他和伙伴们驱车3个小时,从北京来到河北衡水市郊。

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一行人从晚上八点一直待到第二天凌晨四点。城外是一大片田野,月光柔和静谧,照耀在尘土飞扬的地面上。凌晨时分,中国空间站出现在漆黑的夜空中。寻星仪捕捉到这个光点,赤道仪随之移动,望远镜紧随其后。中国空间站稳稳地出现在刘博阳屏幕的中央。那一刻,大家不禁欢呼起来。刘博阳成功了。

掌声和关注过后,刘博阳并没有停下脚步,他并不满足于空间站“模糊”的画质,国际空间站的高清画面印在了他的脑海里,“我要成为世界上技术最先进的人。”

4月19日之后,他们先返回北京拍摄,随后到海南、陕西、广州、嘉峪关,最后返回北京。经过反复完善和改进算法,6月12日,在嘉峪关,刘博阳拍摄到了“载人”中国空间站的第一张照片——6月5日,三位宇航员登上“神舟十四号”飞船,进入天和舱,开始为期六个月的在轨生活。

“不知道当空间站经过嘉峪关的时候,上面的三位航天员,会不会回头望望酒泉卫星发射中心,会不会此刻远远地看着我,与天地互动。”寂静的夜色中,望远镜发出淡淡的光芒,照亮了刘博阳。

出生于内蒙古呼和浩特的刘博阳,1994年有了第一个与天文学有关的记忆,来自一台老黑白电视机。

刘博阳记得很清楚,奶奶家是餐厅,餐厅里有一台很小的电视机,“电视机上的换台键是触摸式的,按一下就会换台,所以每次有苍蝇落在按钮上,电视就会自动换台。”

在那台小电视上,4岁的刘博洋看到了“一颗彗星被木星引力捕获,今晚将撞击木星”的新闻。“我以为它会像烟花一样爆炸,就让妈妈叫醒我,看彗星撞击木星。”刘博洋笑着说,“但事实上,我什么也没看到。一是它们距离地球太远,不可能有这么震撼的效果。二是彗星的撞击点在木星背面,地球上用世界上最大的望远镜也看不到。而且,彗星相对于木星来说太小了,就像是把一块小石头扔进大海一样。”

刘博洋的母亲是一位思想开明、重视教育的中学英语老师。刘博洋三岁时,母亲就给他讲儿童百科全书里的科学故事。上小学前,刘博洋的父母曾带他逛遍了北京所有的博物馆。

参观天文馆两个月后,刘博阳的父母花了700元给他买了一台口径60毫米、焦距700毫米、带赤道仪的折叠式望远镜。很长一段时间,他都不知道怎么用这个昂贵的玩具。“其实我根本就不知道怎么用,只用它来看月亮。”

进入高中后,一年级的刘博阳凭借着几年观察月亮的莫名“自信”,报名参加了天文社。天文社举行了入学考试,他名列第二。

刘博阳加入社团的时候,高中的天文社已经成立五六年了,唯一一台日本友人捐赠给学校的大口径反射望远镜,是社团的“镇店之宝”。创办社团的学长们,至今仍会时不时回到高中,联系当地的天文爱好者协会,带着学弟学妹们去观星。

也正是因为这样的机会,刘博洋第一次有了野外观星的体验,透过望远镜,璀璨的银河映入眼帘,追星之路在刘博洋的眼前渐渐清晰起来。

高考那年,刘博洋考入了北大天文系。进入北大后,课堂上的“诸神之战”让刘博洋感受到了前所未有的挫败感。刚入学时,刘博洋是班上唯一一个有天文基础的学生,大一基础天文课,他的成绩全班第一,还成了这门课的班长。但其他科目就很难学了。他每个学期都拼命学习,成绩可能刚够及格线,而每天和他在一起的同学,却很容易考到八九十分以上,甚至满分。

在北大遭遇的学术挫折,让刘伯阳逐渐明确了自己的方向——或许,完全投身于天文学术研究并不适合自己,所以他选择做那个播撒星星之火的人。

他加入北大天文社,担任副社长,连续两年带队观测日全食;大二时,他主动主持北大天文社研讨会,成立北大天文社联盟;大三时,他发起全国天文社发展论坛,2010年起,该论坛成为全国天文社一年一度的大型“团建”活动。

他沿着高中学长走过的路走下去,甚至做得更好。

2021年8月,刘博阳和王卓晓裹着棉袄,攀登海拔4200米的青海冷湖赛什腾山。

这片人烟稀少的高海拔山区,被中国科学院国家天文台和著名天文学家邓立才教授团队经过三年的探索,选定为世界级天文台台址。这里的天空接近理论黑暗极限,堪称观星天堂。

刘博阳觉得,在照片中看到银河和亲眼看到的感觉非常不一样,“它直接投射到你的眼睛里,像天鹅绒一样,明暗有深浅,那种震撼是无法用语言形容的。”

“天文学就像一团年轻的火焰,我的老师、我的学长、我的同学、朋友,大家都在拼尽全力守护着它。它很脆弱,一不小心就会熄灭。”如今,刘博阳也成为了守护这团火焰的人。

大学期间,刘博阳曾与其他学者一起到河北乡村学校讲学,参与与中国社会福利基金会合作的“帐篷学校”项目,在山西革命老区农村小学、残疾人学校开设天文课,并创办“青年天文教师连线”,让年轻天文学家和资深爱好者与中小学生一起授课、指导、交流。

与孩子们交流后,刘博阳意识到,即使在偏远山区,天文知识也并非那么遥不可及。“农村孩子也能掌握基本的天文知识,虽然他们没有条件使用望远镜,但他们有足够的理解能力。”

同时,他还在50多所乡村小学给孩子们教授天文课。

刘博阳拍摄第八张中国空间站照片的衡水之夜,有一位“不同年龄的朋友”陪伴在他身边,他是刘博阳去西昌拍摄火箭发射时偶然认识的一名小学生。

“这小子很喜欢博阳,博阳有什么新活动他都想参加。”桂桂说,“正好我们去衡水拍照,那个小学生就住在不远处,他就兴奋地赶来了。”

等待空间站出现的过程非常漫长,这名小学生在刘博阳身边睡着了。当夜空中出现空间站时,刘博阳叫醒了这个男孩,并指着空间站给他看。“空间站当时只是屏幕上的一个小光点,我后期把它放大,拍得更清晰,所以当时他脸上没什么表情。”

直到后来,小学生们看到中央电视台等媒体的报道和放大的照片,才意识到这是多么了不起的事情。

“我知道我的学术能力没那么强,跟同龄人相比竞争力还不够,这是一种自知之明。”刘博阳坦言,“没关系,因为我也有我的优势,对吧?我能把科学事件翻译成大家听得懂的语言,用科学的视角去思考摄影可以有哪些创新,探索有趣的科学实验。我只是做自己能做的、想做好的事。”

社交媒体上,曾有人写道:“如果网上有一百个像刘博阳这样的人,我想,中国的天文爱好者数量就会多一百倍。”

这个中学时期语文成绩优异、热爱阅读《三体》的年轻人,擅长用流畅、幽默的语言讲解复杂的天文知识。自2012年大学毕业以来,刘博阳便迷上了天文科普写作。在他的文章清单里,他会告诉网友“人在太空放屁不会飞走,因为宇航员穿裤子”,也会解释为什么如果一桶石油变成空气,然后整个地球都变成石油并点燃,地球就会变成黑洞。阅读兴趣广泛的刘博阳还会生动地讲述聋哑天文学家约翰传奇而短暂的22年人生,以及1987年一场史诗般的物理会议,2000多名物理学家挤进会议室,从晚上7点半一直开到第二天凌晨3点半。

对于自己的天文科普工作,刘博阳一直保持着清醒的头脑:“我不认为我现在的科普内容能够取代基础的科普教育。但如果能引起他们的兴趣,给他们一点鼓励,就已经很好了。”

今年年初,刘博洋开通了自己的视频社交平台账号,奇思妙想配上生动的图片和科普讲解,让平时不太了解天文学的网友在评论区惊叹不已。同时,刘博洋也惊讶地发现,“有些网友的评论也很专业,我研究了那么久都回答不上来,就又要去查资料了。”

“天文摄影”,是刘博阳近几年发现的爱好,也是他想要坚持的另一个领域。

在刘博阳看来,天文学的美妙之处在于能够用科学的方法和手段,挖掘出自然界中埋藏的原始信息。“这些信息隐藏在巨大的噪音和杂音中,没有人知道、没有人理解。我用相机把这些信号还原出来,让大家直观地感受到这种壮丽。这就是天文摄影的魅力。”

还有“火箭摄影”。一般的火箭摄影,只能用普通相机的长焦镜头进行跟踪、短暂拍摄。刘博阳的想法是,能不能利用空间站跟踪程序,拍下火箭发射后,飞得很远之后的样子?“火箭的助推器分离、一级火箭的分离,还有火箭在空中散开后的尾焰,尾焰云也很漂亮。”

刘博阳以天舟四号发射时的火箭尾焰为拍摄对象,创作了摄影作品《太空信使》

把自己看到的景象带回给大家,让更多的人在日常的工作中能看到真实的星空,这才是刘博阳想要走的路。

如今,刘博阳和他的望远镜还在路上。他不断改代码、调程序、完善技术、稳定画面,等待中国空间站在银河系中悄然破茧而出。“黄伟芬(中国载人航天工程航天员系统副总设计师)在国务院新闻办公室新闻发布会上说,中国空间站建设时会有九种不同的构型,今年我会一一拍摄。”

随着来自深空中国空间站的影像传来,他获得了一种遥远的共鸣。在刘博阳首次拍摄中国空间站高清图像的留言下,有网友写下了自己那一刻的感受:“繁星低垂在辽阔的平原上,明月高悬在大江大河上,你我孤独地走在茫茫人海中,但在星空的凝视下,我们都是并不孤独的小海鸥。”

来源:人类后视镜()

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